Fire hvite stoffer fra kjøkkenet Rapport 1 i Naturfag 1 del 2 2011/12 Magne Svendsen, GLU 5-10NP, Universitetet i Nordland

Fire hvite stoffer fra kjøkkenet Rapport 1 i Naturfag 1 del 2 2011/12 Magne Svendsen, GLU 5-10NP, Universitetet i Nordland

Innholdsfortegnelse 1 Innledning... 3 2 Teori... 4 3 Materiell og metode... 5 3.1 Utstyr... 5 3.2 Framgangsmåte... 5 4 Resultater... 6 5 Drøfting... 8 5.1 Naturvitenskapelig drøfting... 8 5.2 Naturfagdidaktisk drøfting... 8 6 Konklusjon... 10 7 Kildeliste... 11 2

1 Innledning I siste praksisperiode fikk jeg være med på å planlegge og gjennomføre en naturfagsuke på praksisskolen sammen med øvingslærer og en lærer til. En av disse dagene var en fagdag med aktiviteter og forsøk, der elevene jobbet seg gjennom 8 ulike stasjoner gjennom dagen. En av disse stasjonene kalte vi for kjøkkenkjemi. Denne hadde jeg hovedansvaret for, og forsøket elevene gjennomførte her var fire hvite stoffer fra kjøkkenet. I dette forsøket skal elevene gjøres kjent med noen vanlige påvisningsreaksjoner, samt å bruke disse for å kunne finne to stoffer i en ukjent blanding. Dette forsøket kan kobles inn mot flere av kompetansemålene i læreplanen. Jeg har valgt å koble dem mot mål fra fenomener og stoffer og forskerspiren. Fenomener og stoffer: Etter 7.trinn: - gjennomføre forsøk med kjemiske reaksjoner og forklare hva som kjennetegner disse Etter 10.trinn: - undersøke kjemiske egenskaper til noen vanlige stoffer fra hverdagen - planlegge og gjennomføre forsøk med påvisningsreaksjoner og analyse av ukjent stoff Forskerspiren: Etter 7.trinn: - bruke naturfaglig utstyr ved eksperimentelt arbeid og feltarbeid Etter 10.trinn: - skrive logg ved forsøk og feltarbeid og presentere rapporter ved bruk av digitale hjelpemidler (Læreplanverket for Kunnskapsløftet 2006) Aktiviteten er hentet fra kapittel 6 i Kjemi for lærere (Hannisdal & Ringnes 2011). Forsøket har også blitt gjennomført på samling ved grunnskolelærerutdanningen ved Universitetet i Nordland. Jeg har ikke tatt bilder av elevene under gjennomføringen av forsøket, og blir å benytte meg av illustrasjoner og bilder fra internett i denne rapporten. 3

2 Teori I kjemisk analyse kan vi bruke påvisningsreaksjoner. Påvisningsreaksjoner er en kjemisk reaksjon som kan brukes til å vise at eller undersøke om vi har et stoff. Vanlige påvisningsreaksjoner i grunnskolen er påvisning av karbondioksid gjennom blakking av kalkvann, påvisning av hydrogengass ved å blande den med oksygen og utvikle knallgass eller påvisning av oksygengass ved å få en glødende treflis til å flamme opp (Hannisdal & Ringnes 2011). I dette forsøket skal elevene prøve ut tre forskjellige påvisningsreaksjoner på de fire hvite stoffene fra kjøkkenet. Varme: Sukker eller også kalt sukrose er det vi kaller for et disakkarid. Sukrose er en blanding av glukose og fruktose. Den kjemiske formelen for sukrose er C 12 H 22 O 11. Smeltepunktet til sukrose er ikke helt bestemt, men i området 160-186 grader spaltes det og omdannes til karamell (Store Norske Leksikon). Jodløsning: En jodløsning brukes i naturfag for å påvise stivelse i mat og plantemateriale. Hvis vi drypper jodløsning på en overskåret potet vil den bli blåsvart. Det som påvises på denne måten er amylose. Spiralen som amylosekjeden danner, har et hulrom hvor jodmolekyler passer akkurat inn i. Da dannes det en sterkt farget forbindelse (Hannisdal & Ringnes 2011). Eddik: Et annet navn for natron er natriumhydrogenkarbonat, NaHCO 3. Natriumhydrogenkarbonat består av ett natriumatom (Na), ett hydrogenatom (H), ett karbonatom (C) og tre oksygenatomer (O). Under reaksjonen med eddik, CH 3 COOH, dannes det vann, H 2 O og karbondioksidgass (CO 2 ) (Forskerfabrikken). NaHCO 3 + CH 3 COOH à CO 2 + H 2 O 4

3 Materiell og metode 3.1 Utstyr Du trenger: fire hvite stoffer fra kjøkkenet (sukker, salt, natron, potetmel), en ukjent blanding av to av disse stoffene, aluminiumsfolie, telys, fyrstikker, jodløsning, eddik 7%, fire små skåler, teskjeer, dråpetellere og en klesklype. Fig. 3.1 Fire hvite stoffer fra kjøkkenet. Bildene er hentet fra internett. Utstyret til dette forsøket er verken kostbart eller vanskelig å skaffe. Alt, foruten jodløsning som man kan kjøpe på apoteket, finner man i nærmeste matvarebutikk. 3.2 Framgangsmåte 1) Først skulle elevene overføre litt av de fire hvite stoffene til hver sin lille bit aluminiumsfolie. Disse skulle så varmes opp ved å holde dem i en klesklype over et telys. Elevene skulle her observere hvilket stoff som smelter og blir brunt. 2) Så skulle elevene overføre litt av de fire hvite stoffene til hver sin skål og tilsette noen dråper jodløsning ved hjelp av en dråpeteller. Her skulle elevene observere hvilket stoff som blir blåsort. 3) Elevene gjorde så det samme som i punkt 2, bare denne gangen tilsatte de noen dråper eddik til hvert av de fire stoffene. Nå skulle de observere hvilket stoff som bruste, og gav oss en gassdannelse. Fig. 3.2 Påvisningsreaksjon. Bildet er hentet fra http://www.naturfag.no/forsok/vis.html?tid=691878 5

4) Elevene skulle nå kunne avgjøre hvilket av de fire stoffene som ikke har utmerket seg på noen spesiell måte i punkt 1-3. 5) Til slutt skulle elevene undersøke den ukjente blandingen, og finne ut hvilke to av de fire stoffene den bestod av. Som nevnt i innledningen var dette forsøket på en av stasjonene på fagdagen i naturfagsuken ved praksisskolen. Elevene ble til denne dagen delt inn i grupper på 10-12 stk. Vi blandet elever fra mellomtrinnet med hverandre, og ungdomstrinnet med hverandre. Aktiviteten ble gjennomført på ulike måter alt etter om gruppen bestod av mellomtrinnelever eller ungdomstrinnelever. Dette i hovedsak på grunn av tidsrammen for dagen. Elevene hadde 30 minutter til rådighet ved denne stasjonen. For mellomtrinnselevene gjennomgikk jeg påvisningsreaksjonene sammen med dem, slik at de skulle få tid til å gjennomføre analysen av den ukjente blandingen. Ungdomstrinnelevene er litt mer selvstendige og effektive, slik at de gjennomføre hele forsøket ut i fra forsøksbeskrivelsen. Under arbeidet jobbet elevene sammen i grupper på 2-3 stk. Stoffene vi benytter oss av i dette forsøket er ufarlige, og tilsier ingen spesielle sikkerhetstiltak. Men elevene ble bedt om å være forsiktige med søl på klær, da spesielt jod kan være vanskelig å få fjernet. 4 Resultater Elevene gjennomførte først påvisningsreaksjonen med varme. Her fikk de kun reaksjon med sukkeret, som smeltet og ble karamellisert. Når de tilsatte noen dråper jodløsning til de hvite stoffene, fikk alle en tydelig reaksjon med potetmelet, som gav jodløsningen en tydelig blåsvart farge. Reaksjonen mellom natron og eddik ble også bevist da elevene forsøkte å dryppe noen dråper eddik over hver av de fire hvite stoffene. De fikk da en brusende reaksjon, og alle klarte tydelig å se at vi fikk dannet en gass. Etter disse tre påvisningsreaksjonene fant elevene ut at salt ikke hadde utmerket seg på noen spesiell måte, og gav ingen reaksjoner med noe av det de hadde prøvd. Elevene fikk også utlevert skjemaet under, slik at det skulle bli lettere for dem å dokumentere og huske til rapportskrivingen hva de gjennomførte. 6

Påvisning Stoffer Varme Eddik Jod- løsning Sukker Salt Natron Potetmel Ukjent blanding Fig. 4.1 Skjema for påvisningsreaksjoner (Magne Svendsen 2012) Elevene fikk nå utlevert den ukjente blandingen av to av disse stoffene. Ved å gjennomføre de samme påvisningsreaksjonene kunne de nå finne ut av hvilke to stoffer dette var. Dette gikk veldig bra, og de aller fleste gruppene fant ut av dette. Noen jobbet også så effektivt at det ble tid til flere blandinger. For gruppene fra ungdomsskolen hadde vi også en samtale om gassen som ble dannet under reaksjonen mellom eddik og natron, og hvordan vi kunne påvist at dette var karbondioksid ved å bruke kalkvann. 7

5 Drøfting 5.1 Naturvitenskapelig drøfting Resultatene og observasjonene til elevene stemte godt ut i fra teoribakgrunnen for forsøket. Alle fikk til de ulike påvisningsreaksjonene, og de aller fleste fant også ut av de ukjente blandingene. Sukker var det eneste stoffet som reagerte med varme, det smeltet og ble karamellisert. Potetmel, eller stivelse, reagerte med jodløsningen, og fikk en blåsvart farge. Eddik reagerte med natron, og gav en brusende effekt og gassdannelse av karbondioksid. Salt utmerket seg ikke på noen av påvisningsreaksjonene. Enkelte grupper fikk litt andre reaksjoner enn forventet på noen av punktene. Blant annet passet de ikke på å skifte dråpeteller mellom jodløsning og eddik. Dermed fikk de reaksjon på natron når de trodde de bare tilsatte jodløsning. Andre varmet opp potetmelet så lenge at det til slutt ble svidd, og trodde dermed de hadde fått en reaksjon. Som nevnt i innledningen var dette en stasjon under fagdagen i naturfagsuken ved skolen. Vi hadde bare 30 minutter til rådighet, og jeg så i ettertid at for noen av elevene ble dette litt for kort tid. 5.2 Naturfagdidaktisk drøfting Kjemi handler om teorien bak stoffers oppbygning, egenskaper og reaksjoner. Dessuten omfatter kjemikunnskap de teknikkene og metodene som brukes i et laboratorium. Det er nemlig viktig å huske at kjemi ikke bare er et teoretisk fag, men også et praktisk fag. Elevene møter utvalgte emner fra kjemien i skolens kjemiundervisning. Mye av undervisningstiden må vi bruke til innlæring av teoristoff, men det holder ikke bare å snakke om stoffene. Elevene må få muligheten til å oppleve at teorien stemmer med virkeligheten. Derfor kan vi si at forsøk har sin naturlige plass i kjemiundervisningen. De fleste av stoffene og reaksjonene elevene leser om i dagens naturfagsbøker er i stor grad aktuelle i dagliglivet. Flesteparten av dem er ufarlige, og noen kan til og med spises, men noen kan være helseskadelige og/eller brannfarlige. Ved å lære elevene om egenskapene til stoffer, kan de lære seg hvilke stoffer de må passe seg for, og hvordan vi kan oppbevare og håndtere dem på en forsvarlig måte. (Hannisdal & Ringnes 2011). 8

Elevene lærer i kjemiundervisningen om bruk av vanlig kjemiutstyr. Men det er også viktig å vise dem at vi også kan bruke enkelt dagligdags utstyr i forsøkene. Oppfatningen om at kjemi bare kan gjennomføres på naturfagrommet med stoffene og det spesielle utstyret vi har der, er feil og den må vi frigjøre oss fra (Hannisdal & Ringnes). Forsøket fire hvite stoffer fra kjøkkenet som elevene gjennomførte er et forsøk med en detaljert fremgangsmåte, og vi kan omtale det som et kokebokforsøk. Et slikt kokebokforsøk er hensiktsmessig hvis elevene skal trene på behandling av utstyr og stoffer, observere spesielle reaksjoner og lære spesielle arbeidsteknikker. Men det kan også, som det var i dette tilfellet, gjøres enda mer spennende ved at stoffene kan fungere som ukjente. Da får elevene testet sin nyervervede kunnskap til å finne disse. Da kan vi si at vi innfører en slags detektivoppgave i forsøket (Hannisdal & Ringnes 2011). Andre typer forsøk kan være interessevekkende forsøk, demonstrasjonsforsøk og utforskende forsøk i tråd med Forskespiren. Det viktige er at uansett hvilken type elevforsøk man gjør i kjemiundervisningen er det viktig å huske på at det praktiske arbeidet man gjennomfører må hensikt og en teoriforankring. Et av de viktigste verktøyene er læreren selv. God planlegging og god ledelse underveis, har mye å si for læringsutbyttet fra forsøket. Hensikten med forsøket må gjøres kjent for elevene. Den naturlige tilknytningen mellom teori og praktisk arbeid er viktig. Et forsøk må også oppsummeres og læringsutbyttet må sikres ved vi som lærere hjelper elevene å koble sammen det de har observert med teori. Gjør vi ikke dette, blir ikke forsøket noe mer enn en happening for elevene, og det de vil se på som en avveksling fra den vanlige undervisningen i skolen (Hannisdal & Ringnes 2011). Gjennom denne fagdagen i naturfag skulle elevene både ta notater ved de ulike stasjonene og skrive logg om det de har jobbet med. Elevene i ungdomsskolen skulle i tillegg velge seg ut to aktiviteter eller forsøk å skrive rapport om i ettertid. I læreplanen er grunnleggende ferdigheter i alle fag; å kunne uttrykke seg muntlig og skriftlig, lese, regne og bruke digitale verktøy, integrert i kompetansemålene i læreplanen der de bidrar til utvikling av og er en del av fagkompetansen. Et av kompetansemålene i læreplanen for naturfag omhandler at elevene skal kunne benytte digitale verktøy i prosessen med bl.a. registrering, dokumentasjon og publisering ved forsøk og i feltarbeid (Læreplanverket for Kunnskapsløftet 2006). 9

Praktisk arbeid i naturfag er viktig. Som vi nevnte tidligere holder det ikke bare at elevene leser om stoffene og reaksjonene, de må også få muligheten til å koble det de leser om opp mot virkeligheten. Millar (1999) kommer i van Marion & Strømme (2008) med en definisjon på praktisk arbeid: Praktisk arbeid er alle de undervisnings- og læringsaktivitetene i naturfagene hvor eleven på en eller annen måte og i en eller annen fase av aktiviteten observerer eller på annen måte arbeider praktisk med objekter, materialer eller naturfaglige fenomener. Denne definisjonen gir oss altså ingen begrensninger på hvor dette arbeidet blir utført. Det vil si at det kan skje i et naturfaglaboratorium, i et vanlig klasserom, hjemme eller ute i felten. Siden definisjonen i stor grad omhandler kognitive prosesser, og først og fremst de praktiske metodene som er karakteristiske for naturvitenskapens disipliner, snakker den om eleven på en eller annen måte og i en eller annen fase (van Marion & Strømme 2008). Det er viktig å huske på at praktisk arbeid alene ikke fører til kunnskap, men kan sees på som et viktig verktøy for å nå de overordnede målene, skape variert undervisning og skape motivasjon og interesse for faget. Naturvitenskap bør sees på som både et produkt og en prosess, hvor produktet blir den kunnskapen som naturvitenskapen frembringer (van Marion & Strømme 2008). I kjemi forutsetter mange av kompetansemålene i læreplanen at elevene gjennomfører praktisk arbeid (Hannisdal & Ringnes 2011). 6 Konklusjon Dette er en aktivitet som lar elevene bli kjent med vanlige påvisningsreaksjoner fra kjemien. Den egner seg også godt til gjennomføring langt ned i skolen. Stoffene som elevene jobber med i dette forsøket, er både lette og anskaffe, økonomiske og helt ufarlige. Detektivoppgaven med den ukjente blandingen er også med på å gjøre dette til en mer spennende aktivitet for elevene. Som nevnt tidligere i rapporten er denne aktiviteten også med på å vise elevene at kjemi ikke bare er noe man gjør i et naturfagsrom eller laboratorium med 10

spesielle og kanskje farlige stoffer. Elevene bør bli kjent med i kjemiundervisningen at kjemi faktisk er en stor del av dagliglivet deres. 7 Kildeliste Forskerfabrikken (2007) Veiledning for lærere i undervisningsopplegg om kjemi for 5.-7.- trinn. Hentet 2.3.2012 fra http://forskerfabrikken.no/files/forskerdiplom/kjemi_5-7_nov07.pdf Hannisdal, Merete & Ringnes, Vivi (2011) Kjemi for lærere. Gyldendal Akademisk, Oslo. 324 s. Store Norske Leksikon (udatert) Sukker. Hentet 2.3.2012 fra http://snl.no/sukker Utdanningsdirektoratet (2006) Læreplanverket for Kunnskapsløftet. Kunnskapsdepartementet, Oslo, 232 s. van Marion, Peter & Strømme, Alex (red.) (2008) Biologididaktikk. Høyskoleforlaget, Kristiansand, 224 s. 11